Мозък от силиций
Абонирайте се за Капитал

Всеки петък икономически анализ и коментар на текущите събития от седмицата.
Съдържанието е организирано в три области, за които Капитал е полезен:

K1 Средата (политическа, макроикономическа регулаторна правна)
K2 Бизнесът (пазари, продукти, конкуренция, мениджмънт)
K3 Моят капитал (лични финанси, свободно време, образование, извън бизнеса).

Абонирайте се за Капитал

Мозък от силиций

Shutterstock

Мозък от силиций

IBM създаде процесор с архитектура, близка до най-сложния човешки орган

Юлиян Арнаудов
11016 прочитания

Shutterstock

© Shutterstock


Кой е най-сложният компютър на света? Отговорът на този въпрос е човешкият мозък. Засега... Той може да се учи бързо на нови неща с изключителна лекота при наличието на много малко информация. Може да разпознава обекти, да разпознава реч, да реагира на промяна на обстановката, както и да интерпретира контекст. Още от зората на дигиталните технологии учените се опитват да построят компютър, който да имитира начина, по който функционира мозъкът. Технологичният гигант IBM е сред тези ентусиасти, като стартира подобен амбициозен проект преди няколко години. Вече налице са и първите резултати. От компанията обявиха, че са създали чип, чиято архитектура е вдъхновена от структурата на човешкия мозък.

Освен че технически създаването на компютърна имитация на най-сложния човешки орган е изключително трудна задача, тя се усложнява и от факта, че дори и сега има бели петна в познанията на учените и лекарите за някои функции и процеси. Затова и опитите доскоро в имитацията на мозъчните действия се фокусираха повече в създаването на софтуерни програми и решения. Просто не бяха налични технологиите за създаване на хардуер с подобна архитектура и възможности. През последните години учените и инженерите все пак започнаха да разработват компютърни чипове, които се отличават от традиционната концепция за процесорна архитектура. Те разчитат на изграждането на система, подобна на тази от нервните клетки (неврони) в мозъка. Човешкият орган е съставен от над 100 млрд. неврона, които са свързани помежду си.

Информация от импулси

Постигнатият от IBM резултат е процесорът TrueNorth (посоката на компаса, която показва географския север - бел. ред.), който разполага с 4096 ядра, а цялостната му конструкция се равнява на един милион неврона и 256 млн. синаптични връзки. Именно невроните и синаптичните връзки са основните елементи, които изграждат човешкия мозък и му дават голяма част от неговите способности. Общият брой на транзисторите е 5.4 млрд., което го прави най-големият като компоненти чип, произвеждан от IBM някога.

"През 2001 г. имахме процесори с едно ядро. Сега успяхме да увеличим тази бройка до 4096 ядра и същевременно да намалим площта на всяко от тях 15 пъти и до 100 пъти консумацията на енергия", коментира пред сп. Forbes доктор Дхармендра Модха, главен изследовател в IBM, който управлява проекта.

Подобно на сложния биологичен орган чипът на IBM разчита на специална технология, наречена импулсни неврони. Идеята е, че процесорът може да кодира информацията под формата на поредица от импулси по същия начин, по който невролозите смятат, че мозъкът съхранява спомени и данни. Цялата тази архитектура значително се отличава от традиционните подходи за изграждане на изчислителни процесори. В момента се разчита на два отделни компонента – изчислителен (CPU) и графичен процесор (GPU). Първият е сърцето на компютъра и извършва обичайните операции, докато вторият се нагърбва с предоставянето и рендиране на изображения и по-трудни задачи. Нито един от тях обаче не е добър в кодирането на информацията по начина, по който го прави човешкият мозък. Затова и чипът на IBM може да бъде много полезен при по-специфични задачи. Той не разполага с отделни CPU или GPU модули, затова и възможностите му са по-различни от тези на традиционните компютри.

"Това наистина е един успешен експеримент в процесорната архитектура", коментира Карвър Мийд, почетен професор по инженерна и приложна наука в Технологичния институт на Калифорния, цитиран от списание Wired. Мийд се смята за "дядото" на системите, вдъхновени от човешкия мозък. "Традиционните процесори не са добри в съхранението на информацията по начина, по който го прави мозъкът. Представянето на данните като нервни импулси е нещо непознато за досегашните компютри".

Паралелно изчисление

Новите процесори ще са изключително полезни при анализирането на данни. Новите когнитивни машини ще могат да решават проблеми, свързани с изчислението на движение или информация от различни сензори. Ще могат да разпознават лица, предмети, човешка реч и др. В момента при подобни задачи съвременните компютри понякога дават доста странни резултати. Причината е, че архитектурата на TrueNorth позволява да се обработва паралелно информацията. Например при разпознаване на лице едно ядро се занимава само с търсене на съответствия на носа, друго на ушите, трето на разстоянието между очите и т.н. За да се повиши ефективността на разработката на IBM, компанията дава възможност да се навържат десетки чипове в една система. Тя е създала дънна платка, на която могат да се инсталират до 16 от новите процесори и те да действат като единна мрежа, подобна на невронната. Важна особеност е, че новите чипове са произведени с налични в момента компоненти. Просто е променена архитектурата и начинът им на взаимодействие помежду им. По този начин лесно може да се започне с масовото им производство.

Програмата на IBM е част от проекта SyNAPSE на американската агенция за перспективни изследвания DARPA, в която участват и редица университети. Целта му е да разбие модела на Фон Нойман за микропроцесорната архитектура, като се създаде нов хардуер, който да не налага непрекъснат трансфер на данните от оперативната памет към изчислителния процесор и обратно. За тази цел IBM е получила финансиране от DARPA за 53 млн. долара от 2008 г. досега.

Моделът на Фон Нойман не позволява ефективна паралелна обработка на информацията, както и изисква доста енергия за пренасянето й от оперативната памет към процесора. С използването на "импулсните неврони" реално се понижава значително и консумацията на електричество. При стриймване на видео с 30 кадъра в секунда TrueNorth изразходва едва 63 mW мощност, тъй като обработва информацията в реално време. Това е едва малка частица от енергията, която консумира процесорът в последните модели лаптопи, които обикновено използват около 15W.

Дясната и лявата половина

Новият чип няма да замени напълно досегашните процесори, а по-скоро ще ги допълни. Той не се справя толкова бързо и ефикасно с тежките изцяло математически операции и изчисления, където е силата на съвременните процесори. Бъдещето според Модха е в комбинацията между двете архитектури – създаването на компютри и машини, които използват двата типа чипове да работят заедно. Той определя TrueNorth процесора като "дясната половина" на мозъка, докато традиционните чипове са "лявата половина". Според условното разделение първата половина отговаря за креативното и идейно мислене, докато втората - повече за логическото. Когато ни трябва изчислителна мощ за бърза и математическа обработка на данните, на помощ идват традиционните чипове, а когато се изисква по-прецизен анализ и "когнитивно" тълкуване – ще се ползва технологията на IBM TrueNorth. Това е и следващата цел на екипа на IBM – създаването на суперкомпютър, който да се възползва от двете архитектури.

"Например Google Maps ще ви даде най-бързия маршрут от точка А до точка Б. Но с когнитивните процесори ще се покажат евентуалните препятствия по него", коментира Модха, цитиран от списание Forbes.

"Това ще направи възможно създаването на приложения, които да разпознават глас и визия в реално време, при това като ползват енергия от мобилни батерии", коментира професор Тоби Делбрук от Института по невроинформатика в UZH-ETH Цюрих, цитиран от Forbes. "Все още е рано да се каже, че сме близо до създаването на компютър, който да надмине възможностите на човешкия мозък."

Който не учи, няма да сполучи

Новият процесор на IBM среща и известна критика в технологичните среди. Основните резерви са насочени към възможността му да се справя с големи масиви от информация. Ако не може да ги анализира успешно, то той не се различава много от останалите традиционни чипове с разделена архитектура. За момента TrueNorth е тестван само с по-прости бази данни и не е поставян на истински изпитания, като например разпознаване на обекти сред хиляди категории снимки. Друг елемент на критиката е, че подобни "неврочипове" трябва да имат възможността да се самообучават. За момента това се прави от традиционни процесори и отнема доста време. Реално истинското обучение на TrueNorth се осъществява от компютри, които ползват архитектурата на Фон Нойман.

"Мисля, че претенциите на IBM са леко пресилени, защото чипът не преминава през никакво самообучение. Той не прилича на мозъка в много отношения", коментира пред Forbes Наяран Сриниваза, изследовател в HRL Laboratories, които работят по подобна технология и са финансирани от DARPA по SyNAPSE.

Принципно IBM не изключват подобни възможности, но засега те остават в неопределеното бъдеще.

Експертите са на мнение, че TrueNorth на IBM трябва да премине през много тестове, за да се докаже, че може да се справя с "когнитивните" задачи по-добре от традиционните процесори. Едва след това подобни чипове може да се появят в суперкомпютри, центрове за данни, техника, която разчита на сензори и др. Макар и в малка степен новият процесор на IBM успява да наподоби доста бегло човешкия мозък. За момента обаче природата продължава да бие човешките технология със своя почти съвършен "биологичен" компютър.

Кой е най-сложният компютър на света? Отговорът на този въпрос е човешкият мозък. Засега... Той може да се учи бързо на нови неща с изключителна лекота при наличието на много малко информация. Може да разпознава обекти, да разпознава реч, да реагира на промяна на обстановката, както и да интерпретира контекст. Още от зората на дигиталните технологии учените се опитват да построят компютър, който да имитира начина, по който функционира мозъкът. Технологичният гигант IBM е сред тези ентусиасти, като стартира подобен амбициозен проект преди няколко години. Вече налице са и първите резултати. От компанията обявиха, че са създали чип, чиято архитектура е вдъхновена от структурата на човешкия мозък.

Освен че технически създаването на компютърна имитация на най-сложния човешки орган е изключително трудна задача, тя се усложнява и от факта, че дори и сега има бели петна в познанията на учените и лекарите за някои функции и процеси. Затова и опитите доскоро в имитацията на мозъчните действия се фокусираха повече в създаването на софтуерни програми и решения. Просто не бяха налични технологиите за създаване на хардуер с подобна архитектура и възможности. През последните години учените и инженерите все пак започнаха да разработват компютърни чипове, които се отличават от традиционната концепция за процесорна архитектура. Те разчитат на изграждането на система, подобна на тази от нервните клетки (неврони) в мозъка. Човешкият орган е съставен от над 100 млрд. неврона, които са свързани помежду си.


Благодарим ви, че четете Капитал!

Вие използвате поверителен режим на интернет браузъра си. За да прочетете статията, трябва да влезете в профила си.
Влезте в профила си
Всеки потребител може да чете до 10 статии месечно без да има абонамент за Капитал.
Вижте абонаментните планове

14 коментара
  • 1
    chicago514 avatar :-P
    chicago514

    Мама му стара,на нас ни е трудно да произведем домати,тези какви работи правят,пък и те едни домати правят,не ти е работа.

  • 2
    043 avatar :-|
    043

    До коментар [#1] от "chicago514":

    Колко ги псувах и аз за тия домати, докато се сетя че англосаксофоните си отглеждат точно каквито им трябват домати - твърди и вечни - за да си украсяват бургерите. Колко са вкусни няма никакво значение в хамбургера, само трябва да са трайни. Тва е. А традиция в салатите си нямат. Па се оказа че и нашата доматена традиция не е много древна - допреди Балкантурист да измисли и наложи "националната" шопска салата през 1950-те, домата повече служи за красота отколкото за салата.
    Та - така, на който-каквото му трябва; на едни салата, на други изкуствен интелект. Не страдай много, и се сещай че философията и виното виреят по едни и същи ширини. Няма кинти много там. Но пък е весело.

  • 3
    nikolay_uk avatar :-|
    Николов

    Не се казва Фон Нюман, а Фон Нойман. Той имигрант в САЩ от Австро-Унгария и произношението на фамилията му (Von Neumann) е немско.

  • 4
    xyha avatar :-|
    xyha

    До коментар [#1] от "chicago514":

    Правят ... богатите още по-богати , а тези дето правят домати ... да му мислят .

  • 5
    e.coli avatar :-P
    e.coli

    Леле какво невежество, започвам от най фундаменталното:
    МОЗЪКЪТ НЕ Е КОМПЮТЪР И НЕ РАБОТИ ПО ПОДОБЕН НАЧИН!!!
    Дядото и бабата на системите да си гледат пенсиите, а фон Нюман ужасно ме разсмя!!! Авторът да си купи с хонорарчето нова дънна платка от заводи Правец.

  • 6
    obk20311513 avatar :-?
    obk20311513

    Вон Нюман е разпространена по много георграфски ширини грешка. Така де, в статия с такава тема все пак е по хубаво Фон Нойман да го назовем.

    IBM има с какво да се хвалят, не е малко това, което са направили и суперлативите са простими. Иначе според мен го наричат TrueNorth, защото ако направим схема, на която свържем например 256 клъстера с ядрата му с прави линии, прилича на звезда/компас.

    Но е много далеч от човешкия мозък това нещо. На мишките мозъка също има повече неврони. Най-важното, както и в статията пише, е че това нещо не се самоубочава възоснова на минаващите през него потоци данни. Просто казано, силата на връзките между елементите (неврони) е фиксирана от учените и не се променя по време на работа. А за да бъде системата "умна" те трябва да се променят, а в добрия случай да се създават или разрушават връзки между различни неврони спрямо някаква закономерност. Такива характеристики са реализирани софтуерно много наброй пъти, проблема е, че искат много повече време за смятане и гълтат много ток.

    Тъй като става въпрос за "изкуствена" памет, мисля, че пичовете са направили хардуерна имплементация на т.нар. адаптивно-резонансна мрежа, чиято работа се моделира с диференциални уравнения. А такова нещо много трудно се настройва и управлява, дори когато е само на софтуерна симулация. И ако при софтуера нещо се сбърка, може лесно да се коригира, докато тук иде реч за чип - веднъж "изпечен", промени и корекции няма повече. Затова мисля, че в близко бъдеще с такива чипове няма да може да имат особено практическо приложение (извън даден клас задачи, например разпознаване на конкретни характеристики на лице, за които са проектирани).
    А че 53-те милиона са коректно усвоени, се вижда :) Така е, трябва да върви науката!

  • 7
    e.coli avatar :-|
    e.coli

    Адмирации към #27. Много точно и компетентно, изключвам себе си, колко поне малко го разбраха? Изключвам се като специалист, а не като гений. Браво!

  • 8
    twelve avatar :-P
    Коки

    Да шибнем на комунягите по един такъв "мозък", че без хич...:)

  • 9
    simon40 avatar :-|
    simon40

    До коментар [#6] от "obk20311513":

    Точно така но като се има предвид че DARPA дава парите това ще им е напълно достатъчно. Ще го ползват за умни бомби, които ще правят разлика между танк Т-90 и M1 ABRAMS в реално време на бойното поле, и за други полезни неща.

  • 10
    gospodinbezkrai avatar :-|
    gospodinbezkrai

    От капитал деликатно не споменават, че DARPA е програма за финансиране на изследвания от американската армия....
    Които между другото дават мноого пари за neuroscience напоследък.


Нов коментар

За да публикувате коментари,
трябва да сте регистриран потребител.


Вход

Още от Капитал

С използването на сайта вие приемате, че използваме „бисквитки" за подобряване на преживяването, персонализиране на съдържанието и рекламите, и анализиране на трафика. Вижте нашата политика за бисквитките и декларацията за поверителност. OK